ОСНОВЫ НОВОГО МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ МЕТАМАТЕРИАЛОВ

© 2012 г.    А. А. Жилин*, канд. хим. наук; Д. К. Таганцев**, доктор хим. наук; М. П. Шепилов*, канд. физ.­мат. наук; С. С. Запалова*; М. Ю. Алемаскин**;  М. Е. Сазонов**

* Научно­исследовательский и технологический институт оптического материаловедения  Всероссийского научного центра “Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова”,  Санкт­Петербург

** Санкт­Петербургский государственный политехнический университет, Санкт­Петербург

E­mail: tagan@dt1386.spb.edu (Д.К. Таганцев); m.shep@mail.ru (М.П. Шепилов)

Метаматериалы, представляющие собой сетчатые серебряно­диэлектрические структуры, являются в настоящее время наиболее перспективными для наблюдения отрицательного показателя преломления в оптической области спектра. В данной работе предложен метод формирования таких метаматериалов на основе серебросодержащих стекол. Метод основан на процедуре полинга серебросодержащих стекол с использованием электрода (анода) с рельефным рисунком на контактной поверхности. При термообработках поляризованных стекол в атмосфере водорода на поверхности стекла образуется металлическая (серебряная) пленка, повторяющая рельеф электрода. Соответствующие рисунок и глубина модуляции рельефа электрода позволяют создавать на поверхности стекла регулярные сетчатые структуры серебряных нанопленок (либо систему дисков, либо сплошную пленку с отверстиями) с характерным размером элементов периодической структуры менее 500 нм. Объединение полученных таким образом структур в сэндвичи позволяет получать двухслойные метаматериалы.

Ключевые слова: метаматериал, полинг, нелинейные оптические свойства.

Коды OCIS: 160.1245, 160.3918, 160.236, 160.4670, 160.4760

УДК 535.32

Поступила в редакцию 19.10.2011

ЛИТЕРАТУРА 

1. Ramakrishna S.A. Physics of negative refractive index materials // Reports on Progress in Physics. 2005. V. 68. № 2. P. 449–521.
2. Жилин А.А., Шепилов М.П. Метаматериалы с отрицательным показателем преломления // Оптический журнал. 2008. Т. 75. № 4. С. 57–70.
3. Шепилов М.П,, Жилин А.А. Метаматериалы и проблема создания невидимых объектов: 2. Невидимые ­оболочки, скрывающие содержащиеся в них объекты от внешнего наблюдателя // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 6. С. 40–58.
4. Cai W., Shalaev V. Optical metamaterials. Fundamentals and applications. New York, Dordrecht, Heidelberg, London: Springer, 2010. 200 p.
5. Жилин А.А., Шепилов М.П. Метаматериалы – новое направление в материаловедении // Физ. и хим. стекла. 2010. Т. 36. № 5. С. 657–702.
6. Boltasseva A., Shalaev V.M. Fabrication of optical negative­index metamaterials: Recent advances and outlook // Metamaterials. 2008. V. 2. № 1. P. 1–17.
7. Жилин А.А., Таганцев Д.К., Шепилов М.П., Запалова С.С., Алемаскин М.Ю., Сазонов М.Е. Метаматериалы с сетчатой структурой // Оптический журнал. 2012. Т. 79. № 4. С. 62–68.
8. Takebe H., Kazansky P.G., Russell P.St.J., Morinaga K. Effect of poling conditions on second­harmonic generation in fused silica // Opt. Lett. 1996. V. 21. № 7. P. 468–470.
9. An H., Fleming S. Second­order optical nonlinearity and accompanying near­surface structural modifications in thermally poled soda­lime silicate glasses // J. Opt. Soc. Am. B. 2006. V. 23. № 11. P. 2303–2309.

10. Kameyama A., Yokotani A., Kurosawa K. Second­order optical nonlinearity and change in refractive index in silica glasses by a combination of thermal poling and x­ray irradiation // J. Appl. Phys. 2004. V. 95. № 8. P. 4000–4006.

11.  Quiquempois Y., Godbout N., Lacroix S. Model of charge migration during thermal poling in silica glasses: Evidence of a voltage threshold for the onset of a second­order nonlinearity // Phys. Rev. A. 2002. V. 65. № 4. 043816 (14).

12. Doremus R.H. Mechanism of electrical polarization of silica glass // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87. № 23. 232904 (2).

13. Lipovskii A.A., Rusan V.V., Tagantsev D.K. Imprinting phase/amplitude patterns in glasses with thermal ­poling // Solid State Ionics. 2010. V. 181. № 17–18. P. 849–855.

14. Русан В.В., Таганцев Д.К., Липовский А.А., Пайвасаари К. Новый метод записи фазовых оптических структур в стеклах // Физ. и хим. стекла. 2010. Т. 36. № 4. С. 641–644.

15. Русан В.В., Таганцев Д.К. Новый метод записи изображений в стеклах // Физ. и хим. стекла. 2009. Т. 35. № 2. С. 293–296.

16. Qiu M., Mizunami T., Vilaseca R., Pi F., Orriols G. Bulk and near­surface second­order nonlinearities generated in a BK7 soft glass by thermal poling // J. Opt. Soc. Am. B. 2002. V. 19. № 1. P. 37–42.

17.  Roy B., Jain H., Roy S., Chakravorty D. The development of nanosize silver particles in an ion exchanged silicate glass matrix // J. Non­Cryst. Solids. 1997. V. 222. P. 102–112.

18. Kreibig U., Vollmer M. Optical Properties of Metal Clusters. Berlin: Springer, 1995. 532 р.

19. Lipovskii A.A., Kuittinen M., Karvinen P., Leinonen K., Melekhin V.G., Zhurikhina V.V., Svirko Yu.P. Electric field imprinting of sub­micron patterns in glass­metal nanocomposites // Nanotechnology. 2008. V. 19. № 41.  Р. 415304.

20. Ohmi S., Sakai H., Asahara Y., Nakayama S., Yoneda Y., Izumitani T. Gradient­index rod lens made by a double ion­exchange process // Appl. Opt. 1988. V. 27. № 3. P. 496–499.

21. Kaganovskii Y., Lipovskii A., Rosenbluh M., Zhurikhina V. Formation of nanoclusters through silver reduction in glasses: The model // J. Non­Cryst. Solids. 2007. V. 353. № 22–23. P. 2263–2271.

22. Shalaev V.M., Cai W., Chettiar U.K., Yuan H.K., Sarychev A.K., Drachev V.P., Kildishev A.V. Negative index of refraction in optical metamaterials // Opt. Lett. 2005. V. 30. № 24. P. 3356–3358.

23. Grigorenko A.N., Geim A.K., Gleeson H.F., Zhang Y., Firsov A.A., Khrushchev I.Y., Petrovic J. Nanofabricated media with negative permeability at visible frequencies // Nature. 2005. V. 438. № 7066. P. 335–338.

24. Thoreson M.D., Fang J., Kildishev A.V., Prokopeva L.J., Nyga P., Chettiar U.K., Shalaev V.M., Drachev V.P. Fabrication and realistic modeling of three­dimensional metal­dielectric composites // J. Nanophotonics. 2011. V. 5. Р. 051513.

25. Ozbay E., Bulu I., Aydin K., Caglayan Y., Alici K.B., Guven K. Highly directive radiation and negative refraction using photonic crystals // Laser Phys. 2005. V. 15. № 2. P. 217–224.

26. Moussa R., Foteinopoulou S., Zhang L., Tuttle G., Guven K., Ozbay E., Soukoulis C.V. Negative refraction and superlens behavior in a two­dimensional photonic crystal // Phys. Rev. B. 2005. V. 71. № 8. Р. 085106 (5).

Полный текст